DE19822567A1 - Contactless measuring method for distance and width of object relative to mirror surface - Google Patents

Contactless measuring method for distance and width of object relative to mirror surface

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Abstract

The contactless measuring method uses a measuring rule (4) attached to the object (1) which is spaced from a moving band provided with the mirror surface (2), with a camera (5) providing an image of the measuring rule and its reflection obtained in the mirror surface. The image provided by the camera is evaluated in real-time for calibration of the measuring method and continuous calculation of the distance of the object from the mirror surface.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meßanordnung zur berührungslosen Messung des Abstandes eines Gegenstandes zu einer spiegelnden Oberfläche. Mit der Einrichtung kann gleichzeitig auch die Breite der spiegelnden Oberfläche gemessen werden.The invention relates to a method and a measuring arrangement for non-contact measurement of the distance of an object from one reflective surface. With the setup, the width can also be adjusted the reflective surface can be measured.

Die spiegelnde Oberfläche kann z. B. auf einem sich bewegenden Band entstehen.The reflective surface can e.g. B. on a moving belt arise.

Bekanntermaßen wird die berührungslose Abstandsmessung mittels Lasertriangulation, Ultraschall oder induktiver Messung durchgeführt.As is known, the non-contact distance measurement is carried out by means of Laser triangulation, ultrasound or inductive measurement performed.

Bei der Lasertriangulation entstehen sich ständig ändernde Reflexionswinkel der Laserstrahlen, weil sich das bewegende Band in seiner Position verändert, d. h., daß eine fest positionierte Kamera nur einen geringen Teil der reflektierten Laserstrahlen erfaßt. Deshalb werden mehrere Kameras verwendet, was zu erhöhtem Geräteaufwand und einer komplizierten Mechanik führt. Außerdem muß der Laser ständig saubergehalten werden. Beim Einsatz von zwei oder mehreren Lasern vervielfacht sich dieser Aufwand.Laser triangulation creates constantly changing Angle of reflection of the laser beams because the moving band in its Position changed, d. that is, a fixed camera only one detected a small part of the reflected laser beams. Therefore, several Cameras used, resulting in increased equipment costs and one complicated mechanics. In addition, the laser must constantly to be kept clean. When using two or more lasers this effort multiplies.

Die Ultraschallmessung ist ein sehr genaues Meßverfahren, reagiert aber auf Lärm und sogenannte Schlieren, die in einer hohen Umgebungstemperatur entstehen, sensibel, so daß es ständig zu Ausfällen kommt.Ultrasonic measurement is a very precise measurement method, but it responds to it Noise and so-called streaks in a high ambient temperature arise, sensitive, so that there are always failures.

Die induktive Abstandsmessung hat den Nachteil, daß die unterschiedlichen Blechdicken der sich bewegenden Bänder die Messung beeinflussen. Außerdem muß der induktive Meßkopf eine vorgegebene Temperatur haben, was bei einem wärmeren Meßumfeld dazu führt, daß der induktive Meßkopf gekühlt werden muß.The inductive distance measurement has the disadvantage that the different Sheet thicknesses of the moving strips influence the measurement. In addition, the inductive measuring head must have a predetermined temperature have, which in a warmer measurement environment leads to the inductive Measuring head must be cooled.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Abstand eines Gegenstandes zu einem sich bewegenden Band, welches eine spiegelnde Oberfläche aufweist, berührungslos und selbstkalibrierend zu messen. Weiterhin soll die Breitenausdehnung ebenfalls berührungslos gemessen werden. Dabei sollen das Meßverfahren und die Meßanordnung unempfindlich gegenüber hohen Umgebungstemperaturen und/oder Lärm sein.The object of the invention is to determine the distance of an object from one moving tape, which has a reflective surface,  to measure without contact and self-calibrating. Furthermore, the Width expansion can also be measured without contact. In doing so the measuring method and the measuring arrangement insensitive to high Ambient temperatures and / or noise.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur berührungslosen Messung des Abstandes eines Gegenstandes zu einer spiegelnden Oberfläche beschrieben, bei dem die spiegelnde Oberfläche auf einem sich bewegenden Band entstehen kann. Der Abstand des Gegenstandes zur spiegelnden Oberfläche wird kontinuierlich dargestellt, angezeigt und als Signal weiterverarbeitet. Das Meßverfahren beruht erfindungsgemäß darauf, daß auf dem Gegenstand in fester und bekannter Position zum Gegenstand ein Meßlineal mit Kalibriermaßen für den Bandabstand und die Bandbreite angebracht ist. Von einer Kamera wird das Meßlineal zusammen mit seinem auf der Bandoberfläche erzeugten Spiegelbild aufgenommen. Durch Auswertung des Kamerabildes werden der Bandabstand und die Bandbreite berechnet. Der Fehler, der aus der perspektivischen Abbildung der Kamera entsteht, wird dadurch eliminiert, daß ein Mittelwert aus Kalibriermaß und Spiegelbild des Kalibriermaßes gebildet wird. Unabhängig vom Winkel der Kamera kalibriert sich das System selbst.According to the invention, a method for the contactless measurement of the Distance of an object to a reflective surface described, in which the reflective surface on one moving band can arise. The distance of the object to reflective surface is continuously displayed, displayed and as Signal processed further. According to the invention, the measuring method is based on that on the object in a fixed and known position to the object a measuring ruler with calibration measures for the band gap and the bandwidth is appropriate. The measuring ruler is taken from a camera together with his mirror image generated on the tape surface. By Evaluation of the camera image are the bandgap and the bandwidth calculated. The error resulting from the perspective picture of the camera arises, is eliminated by the fact that an average of the calibration dimension and Mirror image of the calibration measure is formed. Regardless of the angle of the The camera calibrates itself.

Die Kamera kann zeitgleich eine oder mehrere Meßstellen erfassen.The camera can simultaneously capture one or more measuring points.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung zur berührungslosen Messung des Abstandes eines Gegenstandes zu einer spiegelnden Oberfläche und/oder zur Messung der Breite eines Bandes mit spiegelnder Oberfläche besteht aus einer Kamera, einem Meßlineal, einem Rechner und einem oder mehreren Bildschirmen.The measuring device according to the invention for the contactless measurement of Distance of an object to a reflecting surface and / or to measure the width of a tape with a reflective surface from a camera, a measuring ruler, a computer and one or multiple screens.

Vor dem bewegten Band wird ein Meßlineal angeordnet. Das Meßlineal hat eine kontrasterzeugende Oberfläche bzw. Kante, so daß ein klares Spiegelbild des Meßlineals auf der spiegelnden Oberfläche des bewegten Bandes entsteht. Das Meßlineal ist so angebracht, daß es zum Gegenstand, dessen Abstand zum bewegten Band gemessen wird, fest zugeordnet ist oder sich direkt auf dem Gegenstand befindet. Die Kamera erfaßt das Meßlineal sowie dessen Spiegelbild, und ein Rechner wertet die erfaßte Abbildung aus. Auf einem oder mehreren Bildschirmen werden dann das Kamerabild sowie die Auswertung in Echtzeit dargestellt. Der ermittelte Abstand des Gegenstandes von der spiegelnden Oberfläche auf dem bewegten Band wird als Signal für weitere Steuerungen verwendet.A measuring ruler is placed in front of the moving belt. The ruler has a contrast-generating surface or edge, so that a clear Mirror image of the measuring ruler on the reflecting surface of the moving Band arises. The measuring ruler is attached in such a way that it whose distance to the moving belt is measured, is permanently assigned or is directly on the object. The camera detects that Measuring ruler and its mirror image, and a computer evaluates the detected Figure out. This will then appear on one or more screens The camera image and the evaluation are shown in real time. The determined  Distance of the object from the reflecting surface on the moving belt is used as a signal for further controls.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im nachfolgenden Ausführungsbeispiel anhand der Fig. I bis 4 erläutert. Die Figuren zeigen:Further details of the invention are explained in the following exemplary embodiment with reference to FIGS. I to 4. The figures show:

Fig. 1 eine Meßeinrichtung, Fig. 1 shows a measuring device,

Fig. 2 ein Meßlineal, Fig. 2 shows a measuring ruler,

Fig. 3 eine Kamerasicht und Fig. 3 is a camera view and

Fig. 4 ein Kamerabild. Fig. 4 is a camera image.

Die Erfindung wird am Beispiel der Abstandsmessung zwischen Düse und Band einer Feuerverzinkungsanlage erläutert.The invention is based on the example of the distance measurement between the nozzle and Volume of a hot-dip galvanizing plant explained.

Fig. 1 zeigt die Meßeinrichtung, in der der Gegenstand 1, dessen Abstand zum sich bewegenden Band 3 gemessen werden soll, eine Abstreifdüse für die Zinkschicht ist. Die Abstreifdüse ist mit einem Meßlineal 4 fest verbunden, so daß anstelle des Abstandes der Düse zum Band 3 der Abstand Meßlineal 4 zum Band gemessen werden kann. Das geschieht mit einer Kamera 5, die das Meßlineal, zusammen mit einem Spiegelbild 6 des Meßlineals, das sich auf der spiegelnden Oberfläche 2 des bewegten Bandes 3 abbildet, erfaßt. Um die optische Meßgenauigkeit zu erhalten, wird die Kamera 5 ungefähr in der Symmetrieebene von Band 3 und Meßlineal 4 montiert. Sie erfaßt das Band 3 unter einem Winkel von etwa 45°. Position und Winkel der Kamera müssen jedoch nicht genau bekannt sein. Der Fehler, der durch die perspektivische Verzerrung entsteht, wird dadurch eliminiert, daß alle Abstände als Mittelwert aus Original und Spiegelbild berechnet werden. Fig. 1 shows the measuring device in which the object 1 , whose distance to the moving belt 3 is to be measured, is a scraper nozzle for the zinc layer. The scraper nozzle is firmly connected to a measuring ruler 4 , so that instead of the distance between the nozzle and the belt 3, the distance between the measuring ruler 4 and the belt can be measured. This is done with a camera 5 , which records the measuring ruler, together with a mirror image 6 of the measuring ruler, which is formed on the reflecting surface 2 of the moving belt 3 . In order to maintain the optical measuring accuracy, the camera 5 is mounted approximately in the plane of symmetry of band 3 and measuring ruler 4 . It detects the tape 3 at an angle of approximately 45 °. The position and angle of the camera do not have to be known exactly. The error caused by the perspective distortion is eliminated by calculating all distances as the mean of the original and the mirror image.

Fig. 2 zeigt das Meßlineal 4, das mit einer kontrasterzeugenden Oberfläche bzw. Kante ein scharfes Spiegelbild 6 auf dem bewegten Band 3 abbildet. Auf dem Meßlineal 4 sind weiterhin das Kalibriermaß für den Bandabstand 8 und das Kalibriermaß für die Bandbreite 9 gekennzeichnet. FIG. 2 shows the measuring ruler 4 , which depicts a sharp mirror image 6 on the moving belt 3 with a contrast-generating surface or edge. The calibration measure for the band gap 8 and the calibration measure for the band width 9 are also marked on the measuring ruler 4 .

Die Kamerasicht wird in Fig. 3 gezeigt. Hier sind neben dem Meßlineal 4 und dessen Spiegelbild 6 auch eine Meßstelle 11 zu erkennen.The camera view is shown in Fig. 3. In addition to the measuring ruler 4 and its mirror image 6 , a measuring point 11 can also be seen here.

Das von der Kamera 5 aufgenommene Bild ist in Fig. 4 dargestellt. Darauf sind die scharf abgegrenzte Oberfläche des Meßlineals 4, dessen unscharfes Spiegelbild 6 und auch die seitliche Begrenzung des Bandes, der Bandrand 12, zu erkennen. Die Unschärfe im Spiegelbild rührt daher, daß bei metallischen Oberflächen ein großer Teil des einfallenden Lichtes diffus reflektierte wird. Um die Unschärfe zu kompensieren nimmt man die Stelle des steilsten Helligkeitsanstiegs bzw. -abfalls als Lage der Kanten an. Mit dem erfindungsgemäßen Meßverfahren und der erfindungsgemäßen Meßanordnung kann die Welligkeit des sich bewegenden Bandes 3 ebenfalls gemessen werden. Hierzu wird über die Bandbreite verteilt, an verschiedenen Meßstellen 11 der Abstand zum sich bewegenden Band gemessen. Wenn sich der Abstand periodisch ändert, ist das Band wellig. The image recorded by the camera 5 is shown in FIG. 4. The sharply delimited surface of the measuring ruler 4 , its unsharp mirror image 6 and also the lateral boundary of the band, the band edge 12 , can be seen on this. The blurring in the mirror image is due to the fact that a large part of the incident light is reflected diffusely on metallic surfaces. In order to compensate for the blurring, the position of the steepest increase or decrease in brightness is assumed to be the position of the edges. With the measuring method according to the invention and the measuring arrangement according to the invention, the waviness of the moving belt 3 can also be measured. For this purpose, the distance to the moving belt is measured at various measuring points 11 and distributed over the bandwidth. If the distance changes periodically, the band is wavy.

BezugszeichenlisteReference list

11

Gegenstand
object

22nd

spiegelnde Oberfläche
reflective surface

33rd

bewegtes Band
moving belt

44th

Meßlineal
Measuring ruler

55

Kamera
camera

66

Spiegelbild
Reflection

77

Abstand Meßlineal - Gegenstand
Distance from ruler to object

88th

Kalibriermaß für Bandabstand
Calibration measure for band gap

99

Kalibriermaß für Bandbreite
Calibration measure for bandwidth

1010th

Winkel der Kamera
Angle of the camera

1111

Meßstelle
Measuring point

1212th

Bandrand
Band edge

Claims (17)

1. Verfahren zur berührungslosen und selbstkalibrierenden Abstandsmessung und Bestimmung der Breitenausdehnung eines Gegenstandes zu einer spiegelnden Oberfläche eines Bandes, bei dem
  • - ein Meßlineal (4) in fester und bekannter Position zum Gegenstand (1) positioniert wird, welches ein Kalibriermaß für den Bandabstand (8) aufweist,
  • - von einer Kamera (5) das Meßlineal (4) und dessen Spiegelbild (6) in der spiegelnden Oberfläche (2) unter ansonsten beliebigem Aufnahmewinkel (10) erfaßt wird,
  • - das von der Kamera (5) aufgenommene Bild unter Verwendung der Bilder der Kalibriermaße des Meßlineals und des Spiegelbilds in Echtzeit ausgewertet wird und
  • - der Abstand des Gegenstandes zur spiegelnden Oberfläche kontinuierlich berechnet und angezeigt und/oder weiterverarbeitet wird.
1. Method for non-contact and self-calibrating distance measurement and determination of the width of an object to a reflecting surface of a tape, in which
  • a measuring ruler ( 4 ) is positioned in a fixed and known position relative to the object ( 1 ), which has a calibration measure for the band gap ( 8 ),
  • - The camera ( 5 ), the measuring ruler ( 4 ) and its mirror image ( 6 ) in the reflecting surface ( 2 ) is captured at any other angle ( 10 ),
  • - The image recorded by the camera ( 5 ) is evaluated in real time using the images of the calibration dimensions of the measuring ruler and the mirror image and
  • - The distance of the object to the reflecting surface is continuously calculated and displayed and / or processed.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spiegelnde Oberfläche (2) auf beiden Seiten des sich bewegenden Bandes (3) entsteht und auf beiden Seiten die Abstände von Gegenständen (1) zum sich bewegenden Band (3) gemessen werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the reflecting surface ( 2 ) on both sides of the moving belt ( 3 ) is formed and on both sides the distances of objects ( 1 ) to the moving belt ( 3 ) are measured. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (5) gleichzeitig den Abstand zwischen Meßlineal (4) und Spiegelbild (6) sowie den Abstand der Meßstelle (11) vom Bandrand (12) erfaßt.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the camera ( 5 ) simultaneously detects the distance between the measuring ruler ( 4 ) and mirror image ( 6 ) and the distance of the measuring point ( 11 ) from the tape edge ( 12 ). 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (5) zeitgleich eine oder mehrere Meßstellen erfaßt. 4. The method according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the camera ( 5 ) simultaneously detects one or more measuring points. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßlineal (4) ein kontrastreiches Spiegelbild (6) auf dem bewegten Band (3) erzeugt.5. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the measuring ruler ( 4 ) generates a high-contrast mirror image ( 6 ) on the moving belt ( 3 ). 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3, und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung sich selbst unabhängig vom Winkel der Kamera (5) kalibriert.6. The method according to claims 1, 2, 3, and 4, characterized in that the measurement calibrates itself regardless of the angle of the camera ( 5 ). 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehler, der aus der perspektivischen Abbildung der Kamera entsteht, eliminiert wird, indem ein Mittelwert aus Kalibriermaß und Spiegelbild des Kalibriermaßes gebildet wird.7. The method according to claims 1, 2 and 4, characterized in that the error resulting from the perspective image of the camera arises, is eliminated by taking an average of the calibration measure and Mirror image of the calibration measure is formed. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (1) selbst als Meßlineal (4) genutzt wird.8. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the object ( 1 ) itself is used as a measuring ruler ( 4 ). 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Position des Gegenstandes (1) aus der absoluten Position des Gegenstandes (1) im Kamerabild ermittelt wird.9. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the vertical position of the object ( 1 ) from the absolute position of the object ( 1 ) is determined in the camera image. 10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
  • - ein Meßlineal (4) mit einem Kalibriermaß für die Bandbreite (9) vor der spiegelnden Oberfläche (2) positioniert wird,
  • - von einer Kamera (5) das Meßlineal (4) und dessen Spiegelbild (6) unter ansonsten beliebigem Aufnahmewinkel (10) erfaßt wird,
  • - das von der Kamera aufgenommene Bild unter Verwendung der Bilder der Kalibriermaße des Meßlineals und dessen Spiegelbild ausgewertet wird und
  • - die Bandbreite kontinuierlich berechnet, angezeigt und/oder weiterverarbeitet wird.
10. The method of claim 1, wherein
  • a measuring ruler ( 4 ) with a calibration measure for the bandwidth ( 9 ) is positioned in front of the reflecting surface ( 2 ),
  • - The camera ( 5 ), the measuring ruler ( 4 ) and its mirror image ( 6 ) is captured at any other angle ( 10 ),
  • - The image recorded by the camera is evaluated using the images of the calibration dimensions of the measuring ruler and its mirror image and
  • - The bandwidth is continuously calculated, displayed and / or processed.
11. Meßanordnung zur berührungslosen Messung des Abstandes eines Gegenstandes zu einer spiegelnden Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kamera (5) unter einem beliebigen Winkel, vorzugsweise 45°, und vorzugsweise in der Symmetrieachse eines bewegten Bandes (3), welches eine spiegelnde Oberfläche (2) hat, angeordnet ist und vor dem bewegten Band (3) ein Meßlineal (4) mit einer oder mehreren Meßstellen fest zugeordnet zum Gegenstand (1) angebracht wird und das Meßlineal (4) ein Spiegelbild (6) auf dem bewegten Band (3) abbildet.11. Measuring arrangement for the contactless measurement of the distance of an object to a reflecting surface, characterized in that a camera ( 5 ) at any angle, preferably 45 °, and preferably in the axis of symmetry of a moving belt ( 3 ) which has a reflecting surface ( 2 ) is arranged and a measuring ruler ( 4 ) with one or more measuring points is attached to the object ( 1 ) in front of the moving belt ( 3 ) and the measuring ruler ( 4 ) is a mirror image ( 6 ) on the moving belt ( 3 ) maps. 12. Meßanordnung nach Anspruch 11 zur berührungslosen und selbstkalibrierenden Bestimmung der Breite eines Bandes mit spiegelnder Oberfläche mit
  • - einem Meßlineal (4), das ein Kalibriermaß für die Bandbreite (9) aufweist,
  • - einer Kamera (5), die das Meßlineal (4) und dessen Spiegelbild (6) unter ansonsten beliebigem Winkel (10) aufnimmt,
  • - einer Auswerteeinheit, die das von der Kamera aufgenommene Bild in Echtzeit auswertet und die Bandbreite kontinuierlich anzeigt.
12. Measuring arrangement according to claim 11 for non-contact and self-calibrating determination of the width of a strip with a reflective surface
  • - a measuring ruler ( 4 ) which has a calibration measure for the bandwidth ( 9 ),
  • - a camera ( 5 ), which records the measuring ruler ( 4 ) and its mirror image ( 6 ) at an arbitrary angle ( 10 ),
  • - An evaluation unit that evaluates the image recorded by the camera in real time and continuously displays the bandwidth.
13. Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnung auf beiden Seiten des bewegten Bandes (3) angebracht wird.13. Measuring arrangement according to claim 11, characterized in that the measuring arrangement is attached to both sides of the moving belt ( 3 ). 14. Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Meßlineal (4) eine oder mehrere Meßstellen (11) gekennzeichnet sind. 14. Measuring arrangement according to claim 11, characterized in that on the measuring ruler ( 4 ) one or more measuring points ( 11 ) are marked. 15. Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Meßlineal (4) eine kontrasterzeugende Oberfläche bzw. Kante aufgebracht ist.15. Measuring arrangement according to claim 11, characterized in that a contrast-generating surface or edge is applied to the measuring ruler ( 4 ). 16. Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand (1) direkt das Meßlineal (4) enthält.16. Measuring arrangement according to claim 11, characterized in that the object ( 1 ) directly contains the measuring ruler ( 4 ). 17. Meßanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kamera ein Rechner und ein oder mehrere Bildschirme nachgeordnet sind.17. Measuring arrangement according to claim 11, characterized in that the camera a computer and one or more screens are subordinate.
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